การสังเคราะห์วัสดุคอมโพสิตระหว่างเหล็กออกไซด์นาโนและแกรฟีน เพื่อใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาช่วยการเผาไหม้ในเชื้อเพลิงจรวดเชื้อเพลิงแข็ง

Abstract

จรวดเชื้อเพลิงแข็งเป็นอาวุธที่ใช้ระบบขับเคลื่อนที่อาศัยปฏิกิริยาการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงแข็งหรือดินขับในการขับเคลื่อน ตัวเร่งปฏิกิริยาช่วยการเผาไหม้ (Burning rate catalyst) เป็นส่วนประกอบสำคัญในการเร่งการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงให้ไวยิ่งขึ้น สร้างแรงดันและเพิ่มความเร็วให้กับจรวด โดยในงานวิจัยนี้ นักวิจัยสังเคราะห์วัสดุคอมโพสิตระหว่างเหล็กออกไซด์และแกรฟีน เพื่อให้ได้อนุภาคเหล็กออกไซด์นาโนที่มีความไวต่อปฏิกิริยาและตรึงอยู่บนวัสดุแกรฟีน โดยใช้สารตั้งต้นของเหล็กออกไซด์ที่มีความแตกต่างกันคือ ไอรอน(II)ซัลเฟต ($FeSO_4$), ไอรอน(II)ไนเตรท ($Fe(NO_3)_2$) หรือ ไอรอน(III)คลอไรด์ ($FeCl_3$) และทดสอบกระบวนการสังเคราะห์สามกระบวนการ คือ กระบวนการทางเคมีตามด้วยการเผาให้แตกตัว (Calcination) เมื่อตัวกลางคือน้ำ (กระบวนการ 1) และสารละลายเอทานอลในน้ำ (กระบวนการ 2) และกระบวนการไฮโดรเทอร์มอล (Hydrothermal Process) (กระบวนการ 3) เมื่อนำตัวเร่งปฏิกิริยาเร่งการเผาไหม้ที่สังเคราะห์ได้มาทดสอบประสิทธิภาพด้วยการเร่งการสลายตัวของแอมโมเนียมเปอร์คลอเรต ($NH_4ClO_4$) และทำการศึกษาการเปลี่ยนแปลงน้ำหนักของสารโดยอาศัยคุณสมบัติทางความร้อนด้วยเทคนิคเทอร์โมกราวิเมทริกอะนาลิซิส (Thermogravimetric analysis: TGA) พบว่าตัวอย่างที่ใช้ ไอรอน(III)คลอไรด์ และกระบวนการไฮโดรเทอร์มอล (กระบวนการ 3) มีแนวโน้มที่ดีที่สุดในกลุ่ม ยืนยันได้จากการตรวจสอบวัสดุคอมโพสิตด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (Scanning Electron Microscopy: SEM) พบตัวอย่างมีลักษณะเป็นอนุภาคเหล็กขนาด 30-50 นาโนเมตร กระจายบนแผ่นรองรับแกรฟีน และให้กราฟการสลายตัวแอมโมเนียมเปอร์คลอเรตเป็นแบบช่วงเดียว ซึ่งแสดงถึงการเร่งปฏิกิริยาการเผาไหม้ที่มีประสิทธิภาพดี